CN111413063A - 涵道风扇多自由度测试装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种涵道风扇多自由度测试装置及其方法，属于涵道风扇测试技术领域，本发明提供的涵道风扇多自由度测试装置包括支架、设置在支架顶端的悬臂、悬吊关节和用于连接待测涵道风扇的旋转框架单元，旋转框架单元通过悬吊关节与悬臂连接；旋转框架单元包括自上而下依次设置的X轴旋转关节、拉压力计、Z轴旋转关节和用于连接待测试涵道风扇的连接组件；本发明通过释放涵道风扇的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的自由度测得涵道风扇飞行时的姿态角，达到了提升涵道风扇测试精准度和全面性的技术效果。

Description

涵道风扇多自由度测试装置及其方法

技术领域

本发明涉及涵道风扇测试技术领域，具体说，涉及一种涵道风扇多自由度测试装置及其方法。

背景技术

由于涵道风扇的动力特性，越来越多的应急救援机器人或者无人机采用涵道风扇作为动力装置。而涵道风扇的动力参数测试为涵道风扇的动力特性提供了调试支撑。而现有的涵道风扇测试装置，由于采用推/拉力计等简单机械结构，且测试结果并未经过分析计算处理，存在仅限于力或轴向力矩的测试，测试装置结构不合理，且测试结果误差较大的弊端。

比如，现有技术中的一种推力测试装置(申请号为201720159002.4)，通过将导向结构设置在测试台上，涵道风扇可移动地设置在导向结构上，实现测力装置通过连接件沿着导向结构方向测量涵道推力。该方法仅限于测试涵道水平推力，且未将摩擦力、导向角度误差等耦合因素考虑在内，存在较大误差。

再比如，现有技术中的一种涵道风扇发动机测试用装置(申请号201610998846.8)，通过测拉力模块和测扭力模块的相互独立工作，实现对拉力和扭矩的准确测量；但是该方法仅能实现风扇水平方向的扭矩和受力状态，存在无法对于涵道风扇的垂直运动中的姿态进行测试的弊端。

因此，亟需一种精密度高且能够实现多种姿态角度测试的涵道风扇多自由度测试装置。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种涵道风扇多自由度测试装置及其方法，该涵道风扇多自由度测试装置具有稳定性高测试自由度大的特点，为涵道风扇的气动力参数设定的提供了调试支撑。

为了实现上述目的，本发明提供一种涵道风扇多自由度测试装置包括支架、设置在支架顶端的悬臂、悬吊关节和用于连接待测涵道风扇的旋转框架单元，旋转框架单元通过悬吊关节与悬臂连接；

其中，旋转框架单元包括自上而下依次设置的X轴旋转关节、拉压力计、 Z轴旋转关节和用于连接待测试涵道风扇的连接组件；

X轴旋转关节，用于实现待测涵道风扇绕X轴方向旋转；

Z轴旋转关节，用于实现待测涵道风扇的沿Z轴方向的自转；

X轴旋转关节的底端通过拉压力计连接Z轴旋转关节；Z轴旋转关节的底端连接连接组件。

进一步，优选的，在悬臂的末端设置Y轴旋转关节，Y轴旋转关节用于实现待测涵道风扇绕Y轴方向旋转；

其中，Y轴旋转关节包括沿Y轴方向设置的Y轴、Y轴轴承座一、Y轴轴承一、Y轴轴承座二和Y轴轴承二；

Y轴水平插置在悬臂末端，在Y轴的前端设置有与悬臂的螺孔对应设置的螺纹，Y轴的末端外露，且设置有Y轴止口；悬吊关节的顶端开设有通孔， Y轴穿过通孔与悬吊关节旋转连接；

Y轴轴承一和Y轴轴承二依次设置在Y轴上；Y轴与Y轴轴承一的内圈以及Y轴轴承二的内圈过盈配合，Y轴轴承一的外圈与Y轴轴承座一过盈配合；Y轴轴承二的外圈与Y轴轴承座二过盈配合；Y轴轴承座一和Y轴轴承座二与悬臂固定连接。

进一步，优选的，在悬臂末端设置有用于连接悬吊关节的安装槽，安装槽与悬吊关节的通孔对应设置；在Y轴末端设置有用于限位悬吊关节的摩擦圈。

进一步，优选的，X轴旋转关节包括与悬吊关节同步旋转的X轴、X轴轴承、X轴端盖以及X轴轴承座；其中，悬吊关节的顶端连接悬臂，悬吊关节的底端的外径与X轴的内孔过盈配合；X轴轴承通过X轴端盖固定在X轴轴承座上，X轴轴承的外圈与X轴轴承座过盈配合，X轴轴承的内圈与X轴过盈配合；X轴轴承座的底端连接拉压力计。

进一步，优选的，Z轴旋转关节包括Z轴、Z轴端盖、Z轴轴承、Z轴轴承外环以及下承力零件；其中，Z轴的顶端连接拉压力计，Z轴的外径表面与 Z轴轴承的内径表面过盈配合，Z轴轴承的外径表面与Z轴轴承外环的内径表面过盈配合，在Z轴轴承外环的上端设置用于限位Z轴轴承的Z轴端盖；Z 轴轴承外环的底端通过下承力零件连接连接组件。

进一步，优选的，在支架侧面设置有T型槽，在悬臂的前端开设有与用于容置支架的限位孔，支架与悬臂通过T形螺母相连接。

进一步，优选的，在悬臂与支架之间设置有斜拉筋；

斜拉筋由2个导轨和连接2个导轨的斜拉筋固定块组成；2个导轨分别固定在支架和悬臂上，在导轨上设置有与斜拉筋固定块对应设置的固定槽。

进一步，优选的，连接组件包括短框架、水平框架以及连接短框架和水平框架的框架连接件；

短框架与待测涵道风扇的支耳螺接，框架连接件与水平框架螺接。

为了实现上述目的，本发明还保护一种涵道风扇多自由度测试方法，方法通过上述涵道风扇多自由度测试装置实现，方法包括：

将待测涵道风扇通过连接组件固定在Z轴旋转关节的下方，将连接有待测涵道风扇的Z轴旋转关节通过拉压力计连接X轴旋转关节，并组成旋转框架单元，将连接有待测涵道风扇的旋转框架单元通过悬吊关节套设在悬臂的Y 轴旋转关节的Y轴上；将悬臂固设在支架上；

当测试不包含Y轴方向的涵道风扇的姿态时，摘除摩擦圈，将悬吊关节安装在悬臂的安装槽上；开启涵道风扇，涵道风扇带动Z轴旋转关节的Z轴轴承外环自转，以实现涵道风扇Z轴方向的自由度释放；连接有Z轴旋转关节的涵道风扇围绕X轴旋转关节的X轴旋转，以实现涵道风扇X轴方向的自由度释放，通过拉压力计测得涵道风扇的升力数据，通过涵道风扇的飞行控制系统获得涵道风扇的姿态角数据；

当测试包含Y轴方向的涵道风扇的姿态时，将悬吊关节限位在摩擦圈与 Y轴止口之间；连接有旋转框架单元的涵道风扇通过悬吊关节围绕Y轴旋转，以实现涵道风扇Y轴方向的自由度释放，通过拉压力计测得涵道风扇的升力数据；通过涵道风扇的飞行控制系统获得涵道风扇的姿态角数据；

将所获得的的升力数据和姿态角数据传输至计算机进行数据分析，完成涵道风扇测试。

进一步，优选的，Y轴旋转关节包括的沿Y轴方向设置的Y轴、Y轴隔圈一、Y轴轴承座一、Y轴轴承一、Y轴隔圈二、Y轴轴承座二和Y轴轴承二；

Y轴水平插置在悬臂末端，在Y轴的前端设置有与悬臂的螺孔对应设置的螺纹，Y轴的末端外露，且设置有Y轴止口；悬吊关节的顶端开设有通孔， Y轴穿过通孔与悬吊关节旋转连接；

Y轴隔圈一、2个Y轴轴承一、Y轴隔圈二和Y轴轴承二依次设置在Y 轴上；Y轴与2个Y轴轴承一的内圈以及Y轴轴承二的内圈过盈配合，Y轴轴承一的外圈与Y轴轴承座一过盈配合；Y轴轴承二的外圈与Y轴轴承座二过盈配合；Y轴轴承座一和Y轴轴承座二与悬臂固定连接。

如上所述，本发明的一种涵道风扇多自由度测试装置及其方法，通过设置X轴旋转关节、Z轴旋转关节、Y轴旋转关节，实现了对涵道风扇各个方向自由度的释放，从而对涵道风扇进行更全面的测试；其有益效果如下：

1)通过设置X轴旋转关节、Z轴旋转关节、Y轴旋转关节，减少了测试装置对涵道风扇的姿态限制，实现对涵道风扇进行全方位的姿态角度测试；

2)对于涵道风扇的姿态的改变进行及时捕捉，从而提升测试的精确程度；

3)通过在X轴旋转关节、Z轴旋转关节之间设置拉压力计，获取涵道风扇的升力数据，丰富涵道风扇的测试参数；

4)通过改变悬吊关节的安装位置，实现Y轴方向自由度的释放或者控制，丰富了测试数据集的全面性，进而进一步提升测试装置的测试准确度；

5)将水平框架和框架连接件作为固定待测涵道风扇的组件，可以根据待测涵道风扇的尺寸进行调整，进而增加测试装置的柔性；

6)在Y轴旋转关节中，通过设置两组轴承Y轴轴承一和Y轴轴承二，且Y轴轴承一包含两个轴承，其中，通过Y轴轴承一实现Y轴方向的同步旋转，确定旋转圆心的位置；而通过Y轴轴承二实现Y轴与旋转圆心保持同心度。

7)利用斜拉筋和型材的组合，实现对测试系统高度的调节，进而适应不同的测试环境和场合。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1是本发明的一个实施例所述的涵道风扇多自由度测试装置的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明的一个实施例所述的旋转框架单元的结构示意图；

图4是本发明的一个实施例所述的悬吊关节与悬臂固定连接状态下的悬臂的结构示意图；

图5是本发明的一个实施例所述的悬吊关节与Y轴旋转连接状态下的悬臂的结构示意图；

图6是本发明的一个实施例所述的Y轴轴承座二与悬臂的连接结构示意图；

图7是本发明的一个实施例所述的支架的截面图；

图8是本发明的一个实施例所述的斜拉筋的结构示意图。

其中，1、支架；2、悬臂；3、悬吊关节；4、旋转框架单元；5、待测涵道风扇；6、Y轴旋转关节；11、T型槽；12、斜拉筋；121、斜拉筋固定块；122、导轨；13、T型螺母；31、通孔；41、X轴旋转关节；42、拉压力计； 43、Z轴旋转关节；44、连接组件；441、短框架；442、水平框架；443、框架连接件；411、X轴；412、X轴轴承；413、X轴端盖；414、X轴轴承座； 431、Z轴；432、Z轴端盖；433、Z轴轴承；434、Z轴轴承外环；435、下承力零件；61、Y轴；62、Y轴隔圈一；63、Y轴轴承座一；64、Y轴轴承一； 65、Y轴隔圈二；66、Y轴轴承座二；67、Y轴轴承二；611、Y轴止口；68、摩擦圈；69、顶丝。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

需要说明的是，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“前端”、“末端”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

由于涵道抑制了风扇桨尖涡的产生和尾流的收缩，使得风扇的流场特性变得十分复杂，同时涵道处于风扇的吸流中，改变了其气动环境，涵道和风扇的相互干扰，使得涵道风扇的气动特性变得十分复杂，导致现有的涵道风扇的测试装置的精确度不高。本发明的一种涵道风扇多自由度测试装置及其方法通过设置X轴旋转关节、Z轴旋转关节、Y轴旋转关节，实现了对涵道风扇各个方向自由度的释放，从而对涵道风扇进行更全面、更准确的测试，进而为涵道风扇的气动参数的设定提供更有价值的参考数据。

下面将参照附图对本发明的各个实施例进行详细描述。

图1-图2对涵道风扇多自由度测试装置的结构进行了整体展示。其中，具体地说，图1为本发明的一个实施例所述的涵道风扇多自由度测试装置的结构；图2为图1的俯视图。如图1-图2所示，一种涵道风扇多自由度测试装置包括支架1、设置在支架1顶端的悬臂2、悬吊关节3和用于连接待测涵道风扇5的旋转框架单元4，旋转框架单元4通过悬吊关节3与悬臂2连接。

需要说明的是，待测涵道风扇5应包含IMU、飞控单元和姿态控制单元，用于实时调整和检测飞行状态；其中，姿态控制单元用于实时调整涵道风扇的飞行状态，而飞控单元用于检测涵道风扇的姿态角数据。

在一个具体的实施例中，连接组件44包括短框架441、水平框架442以及连接短框架441和水平框架442的框架连接件443；在具体实施过程中，短框架441与待测涵道风扇5的支耳螺接，框架连接件443与水平框架442螺接固定。具体地说，涵道风扇外壳的支耳通过螺钉与短框架441固定连接，实现待测涵道风扇与测试装置的旋转框架单元4刚性连接。然后在短框架441 的外侧通过框架连接件443进行夹固设置；而框架连接件443通过螺纹连接和水平框架442连接到一起；具体地说，水平框架442具有与框架连接件443 相对应设置的多个安装位，以实现连接组件调整跨域，并适应更多尺寸的涵道风扇，增加测试装置的柔性。水平框架442与Z轴自转关节5通过螺钉螺母连接。

图3对涵道风扇多自由度测试装置的旋转框架单元的结构进行了示例性的描述，图3为本发明的一个实施例所述的涵道风扇多自由度测试装置的旋转框架单元的结构。如图3所示，

旋转框架单元4包括自上而下依次设置的X轴旋转关节41、拉压力计42、 Z轴旋转关节43和用于连接待测试涵道风扇5的连接组件44。

具体地说，X轴旋转关节41，用于实现待测涵道风扇绕X轴方向旋转； Z轴旋转关节43，用于实现待测涵道风扇的沿Z轴方向的自转；X轴旋转关节41的底端通过拉压力计42连接Z轴旋转关节43；Z轴旋转关节43的底端连接连接组件44。

其中，X轴旋转关节41包括与悬吊关节3同步旋转的X轴411、X轴轴承412、X轴端盖413以及X轴轴承座414；其中，悬吊关节3的顶端连接悬臂2，悬吊关节3的底端的外径与X轴411的内孔过盈配合；X轴轴承412 通过X轴端盖413固定在X轴轴承座414上，X轴轴承412的外圈与X轴轴承座414过盈配合，X轴轴承412的内圈与X轴411过盈配合；X轴轴承座 414的底端连接拉压力计42。

也就是说，螺钉穿过X轴轴承座414的孔与拉压力计42上端的螺孔相连接。X轴轴承412设置在X轴轴承座414上，并通过X轴轴承盖413固定，则X轴轴承盖413与拉压力计42可共同绕着X轴轴承412做旋转运动。其中，X轴411的外圈与X轴轴承412的内孔过盈配合，X轴411的左右两侧设置有螺纹孔，通过螺钉将所述X轴411与X轴轴承盖413固定。

在一个具体实施例中，悬吊关节3的顶端设置有通孔31，Y轴旋转关节的6的Y轴61穿过通孔31与悬吊关节3旋转连接，而悬吊关节3的底端的外圈与X轴411的内孔表面过盈配合，悬吊关节3与X轴旋转关节41的X 轴411做同步旋转，进而实现Y轴旋转关节6与连接有待测涵道风扇的悬吊关节3做圆周连接。

Z轴旋转关节43包括Z轴431、Z轴端盖431、Z轴轴承433、Z轴轴承外环434以及下承力零件435；其中，Z轴431的顶端连接拉压力计42，Z轴 431的外径表面与Z轴轴承433的内径表面过盈配合，Z轴轴承433的外径表面与Z轴轴承外环434的内径表面过盈配合，在Z轴轴承外环434的上端设置用于限位Z轴轴承433的Z轴端盖431；Z轴轴承外环434的底端通过下承力零件435连接连接组件44。

具体地说，Z轴旋转关节43的下承力零件435上部连接Z轴承外环434，下承力零件435下部连接涵道风扇5，涵道风扇5通过Z轴旋转关节43实现两者同步转动。Z轴承外环434内径表面与Z轴轴承433的外径过盈配合， Z轴轴承433内径表面与Z轴431的外表面过盈配合安装，因此Z轴431不与涵道风扇部分共同旋转。而Z轴轴承433上端的Z轴端盖431通过螺钉与 Z轴承外环434连接，这里的Z轴端盖431对Z轴431进行限位。Z轴431 上端是M8机械螺纹，通过M8机械螺纹连接拉压力计42。

需要说明的是，Z轴轴承433为双列深沟球轴承，深沟球轴承可承受径向载荷，也可同时承受径向载荷和轴向载荷，具有可承受较大的轴向载荷，摩擦系数很小，极限转速的特点。

具体地说，拉压力计42的上下端面各有1个M8螺孔，上接X轴旋转关节41中的X轴轴承座414的底端，下接Z轴旋转关节43的Z轴431的顶端。需要进一步说明的是，在具体的实施过程中，拉压力计42的侧面有一个数据线接口，拉压力计42作为数据采集工具，通过RS-232转USB与计算机或平板电脑等数据接收显示装置进行通信能够实时记录30组数据，高精度高分辨率，最高分辨率达0.0001N。

综上所述，首先设置一个带悬臂2的支架1，在悬臂2末端设置悬吊关节 3，悬吊关节3连接固连有涵道风扇5的连接组件；其中，旋转框架单元4内部装有Z轴旋转关节43，以使涵道风扇的Z轴方向自转自由度释放；Z轴旋转关节43上部是一个应力应变拉压力计42，以测得涵道风扇的升力；在拉压力计42上部有X轴旋转关节41，以实现涵道风扇整体绕X轴方向旋转。而 X轴旋转关节41上部连接一个悬吊关节3，悬吊关节3的内部是Y轴，这里需要说明的是悬吊关节2与悬臂2之间可以选择固定连接或圆周副旋转连接两种不同的连接方式。

图4-图5示出了悬吊关节与悬臂固定连接状态下的结构；其中，图4为悬吊关节与悬臂固定连接状态下的悬臂的结构，图5为所述的悬吊关节与Y 轴旋转连接状态下的悬臂的结构；如图4-图5所示，

在悬臂2的末端设置Y轴旋转关节6，Y轴旋转关节6用于实现待测涵道风扇5绕Y轴方向旋转；其中，Y轴旋转关节6包括的沿Y轴方向设置的Y轴61、Y轴隔圈一62、Y轴轴承座一63、Y轴轴承一64、Y轴隔圈二 65、Y轴轴承座二66和Y轴轴承二67。

Y轴61水平插置在悬臂2末端，在Y轴61的前端设置有与悬臂2的螺孔对应设置的螺纹，Y轴61的末端外露，且设置有Y轴止口611；悬吊关节 3的顶端开设有通孔31，Y轴隔圈一62安置在通孔31内，Y轴穿过通孔31 和Y轴隔圈一62，与悬吊关节旋转连接。

Y轴隔圈一62、Y轴轴承一64、Y轴隔圈二65和Y轴轴承二66依次设置在Y轴61上；Y轴61与Y轴轴承一64的内圈以及Y轴轴承二67的内圈过盈配合，Y轴轴承一64的外圈与Y轴轴承座一63过盈配合；Y轴轴承二67的外圈与Y轴轴承座二66过盈配合；Y轴轴承座一63和Y轴轴承座二 66与悬臂2固定连接。

需要说明的是，轴承隔圈一62和轴承隔圈二65间隔设置在Y轴61上，通过轴承隔圈一62和轴承隔圈二65对设置在Y轴61的两组轴承进行间隔限位。轴承隔圈一62用来限定Y轴轴承一64的水平位置；轴承隔圈二65用来限定Y轴轴承二67的水平位置。

具体地说，悬臂2内部有螺纹孔和光孔，与Y轴61穿过光孔，且Y轴 61的螺纹端与悬臂的螺纹孔做配合固定。Y轴61的轴径作为基准轴不动，且轴径与Y轴隔圈一62、Y轴轴承一64、Y轴隔圈二65和Y轴轴承二67的内孔过盈配合。

在具体实施过程中，Y轴轴承一64的外圈与Y轴轴承座一63的内孔过盈配合，Y轴轴承一64的内圈与Y轴61做过渡配合，用于确定旋转圆心的位置。Y轴轴承座一63和Y轴轴承座二66外形为方框，通过螺纹孔与悬臂 2相连，以保证Y轴轴承座一63和Y轴轴承座二66与悬臂2的共同静止。 Y轴轴承二66内孔与Y轴61的外圈过盈配合，Y轴轴承二67的外圈与Y轴轴承座二66过盈配合，以实现中心的位置的确定，即Y轴与旋转圆心保持同心度。

具体来说，在Y轴旋转关节中，通过设置两组轴承Y轴轴承一和Y轴轴承二，且Y轴轴承一包含两个轴承，其中，通过Y轴轴承一实现Y轴方向的同步旋转，确定旋转圆心的位置；而通过Y轴轴承二实现Y轴与旋转圆心保持同心度。

在一个具体的实施例中，悬臂2末端设置有用于连接悬吊关节3的安装槽，安装槽与悬吊关节3的通孔31对应设置；安装槽与悬吊关节的通孔保证一定的位置公差；在Y轴61末端设置有用于限位悬吊关节3的摩擦圈68。

当悬吊关节3与Y轴61以圆周副连接时，只需加上摩擦圈68，即将悬吊关节3右拉出悬臂的安装槽外，使悬吊关节3可以绕着Y轴61自由旋转，因此Y轴方向的自由度得以释放，进而涵道风扇全方位的姿态都可以得到释放，即能够通过飞控单元测得涵道风扇(飞行器)的全部姿态角。

当摩擦圈移除后，可将悬吊关节3向左移动插入悬臂2的安装槽中进行限位，再用螺钉拧紧，即控制掉了涵道风扇绕Y轴方向旋转的自由度，由于涵道风扇的对称性，仅测得该方向的姿态即能代表风扇的运动姿态特性；风扇可以测得围绕X轴方向旋转的飞行姿态参数。

图6是本发明的一个实施例所述的Y轴轴承座二与悬臂的连接结构；

如图6所示，悬臂2上端开螺纹孔，通过顶丝69将Y轴轴承座二66的位置固定。

图7是本发明的一个实施例所述的支架的截面；如图7所示，在支架1 侧面设置T型槽11，在悬臂2的前端开设有与用于容置支架1的限位孔，支架1与悬臂2通过T形螺母相连接。其中，在具体实施过程中，支架1是稳定设置的40铝型材，支架1穿入悬臂2左端的限位孔内，而悬臂2的左端头设置有沉孔；T型螺母13埋在铝型材10的T型槽11内，一个M6螺钉穿过悬臂2的沉孔与T型螺母13螺纹固定。即利用限位孔加沉孔的结构对支架进行限位固定。

通过上述设置方式，通过调节T型螺母13在T型槽中的固定位置，即可实现悬臂2在支架1上所在高度的调节；进而实现整个测试系统的高度的调节，以便于选择更少风阻的场合，也可灵活用于各种实验环境中进行测试，如风洞测试。

图8是本发明的一个实施例所述的斜拉筋的结构示意；如图8所示，在悬臂2与支架1之间设置有斜拉筋12。

斜拉筋由2个导轨122和连接2个导轨的斜拉筋固定块121组成；2个导轨122分别固定在支架1和悬臂2上，导轨122上设置有与斜拉筋固定块 121对应设置的固定槽。

斜拉筋12的斜拉筋固定块121一端设置在支架1的型材上，另一端设置在悬臂2上，导轨122上有沉孔，通过用螺钉将导轨122、T型螺母13固定在支架1上。斜拉筋固定块121夹在导轨122的固定槽上，达到固定的目的。

总之，利用斜拉筋和型材的组合，实现对测试系统高度的调节，进而适应不同的测试环境和场合。

综上所述，通过悬吊关节2与悬臂2选择固定连接或圆周副旋转连接两种不同的方式，实现对涵道风扇的Y轴方向的自由度的限制或释放，进而丰富了测试数据集的全面性，进而进一步提升测试装置的测试准确度。

本发明还包含一种涵道风扇多自由度测试方法，方法通过上述涵道风扇多自由度测试装置实现，方法包括：

将待测涵道风扇5通过连接组件44固定在Z轴旋转关节43的下方，将连接有待测涵道风扇5的Z轴旋转关节43通过拉压力计42连接X轴旋转关节41，并组成旋转框架单元4，将连接有待测涵道风扇5的旋转框架单元4 通过悬吊关节3套设在悬臂的Y轴旋转关节的Y轴61上；将悬臂2固设在支架1上；

当测试不包含Y轴方向的涵道风扇5的姿态时，摘除摩擦圈68，将悬吊关节3安装在悬臂2的安装槽上；开启涵道风扇，涵道风扇5带动Z轴旋转关节43的Z轴轴承外环434自转，以实现涵道风扇Z轴方向的自由度释放；连接有Z轴旋转关节43的涵道风扇围绕X轴旋转关节41的X轴411旋转，以实现涵道风扇X轴方向的自由度释放，通过拉压力计42测得涵道风扇的升力数据，通过涵道风扇5的飞行控制系统获得涵道风扇的姿态角数据；

当测试包含Y轴方向的涵道风扇的姿态时，将悬吊关节3限位在摩擦圈 68与Y轴止口611之间；连接有旋转框架单元4的涵道风扇5通过悬吊关节围绕Y轴61旋转，以实现涵道风扇Y轴方向的自由度释放，通过拉压力计 42测得涵道风扇的升力数据；通过涵道风扇的飞行控制系统获得涵道风扇的姿态角数据；将所获得的的升力数据和姿态角数据传输至计算机进行数据分析，完成涵道风扇测试。

对于本发明提供的一种涵道风扇多自由度测试装置及其方法，通过设置X 轴旋转关节、Z轴旋转关节、Y轴旋转关节，实现了对涵道风扇各个方向自由度的释放，从而对涵道风扇进行更全面的测试；通过设置X轴旋转关节、Z 轴旋转关节、Y轴旋转关节，减少了测试装置对涵道风扇的姿态限制，实现对涵道风扇进行全方位的姿态角度测试；对于涵道风扇的姿态的改变进行及时捕捉，从而提升测试的精确程度；通过在X轴旋转关节、Z轴旋转关节之间设置拉压力计，获取涵道风扇的升力数据，丰富涵道风扇的测试参数；通过改变悬吊关节的安装位置，实现Y轴方向自由度的释放或者控制，丰富了测试数据集的全面性，进而进一步提升测试装置的测试准确度。

尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例，但应注意，在不背离权利要求限定的本发明的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的发明实施例的结构，权利要求的组成元件可以用任何功能等效的元件替代。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种涵道风扇多自由度测试装置，其特征在于，包括支架、设置在所述支架顶端的悬臂、悬吊关节和用于连接待测涵道风扇的旋转框架单元，所述旋转框架单元通过所述悬吊关节与所述悬臂连接；

其中，所述旋转框架单元包括自上而下依次设置的X轴旋转关节、拉压力计、Z轴旋转关节和用于连接所述待测试涵道风扇的连接组件；

所述X轴旋转关节，用于实现所述待测涵道风扇绕X轴方向旋转；

所述Z轴旋转关节，用于实现所述待测涵道风扇的沿Z轴方向的自转；

所述X轴旋转关节的底端通过所述拉压力计连接所述Z轴旋转关节；所述Z轴旋转关节的底端连接所述连接组件。

2.根据权利要求1所述的涵道风扇多自由度测试装置，其特征在于，在所述悬臂的末端设置Y轴旋转关节，所述的Y轴旋转关节用于实现所述待测涵道风扇绕Y轴方向旋转；

其中，所述的Y轴旋转关节包括沿Y轴方向设置的Y轴、Y轴轴承座一、Y轴轴承一、Y轴轴承座二和Y轴轴承二；

所述Y轴水平插置在所述悬臂末端，在所述Y轴的前端设置有与所述悬臂的螺孔对应设置的螺纹，所述Y轴的末端外露，且设置有Y轴止口；所述悬吊关节的顶端开设有通孔，所述Y轴穿过所述通孔与所述悬吊关节旋转连接；

所述Y轴轴承一和Y轴轴承二依次设置在所述Y轴上；所述Y轴与所述Y轴轴承一的内圈以及所述Y轴轴承二的内圈过盈配合，所述Y轴轴承一的外圈与所述Y轴轴承座一过盈配合；所述Y轴轴承二的外圈与所述Y轴轴承座二过盈配合；所述Y轴轴承座一和所述Y轴轴承座二与所述悬臂固定连接。

3.根据权利要求2所述的涵道风扇多自由度测试装置，其特征在于，在所述悬臂末端设置有用于连接所述悬吊关节的安装槽，所述安装槽与所述悬吊关节的通孔对应设置；在所述Y轴末端设置有用于限位所述悬吊关节的摩擦圈。

4.根据权利要求1所述的涵道风扇多自由度测试装置，其特征在于，

所述X轴旋转关节包括与所述悬吊关节同步旋转的X轴、X轴轴承、X轴端盖以及X轴轴承座；其中，所述悬吊关节的顶端连接所述悬臂，所述悬吊关节的底端的外径与所述X轴的内孔过盈配合；所述X轴轴承通过所述X轴端盖固定在所述X轴轴承座上，所述X轴轴承的外圈与所述X轴轴承座过盈配合，所述X轴轴承的内圈与所述X轴过盈配合；所述X轴轴承座的底端连接所述拉压力计。

5.根据权利要求1所述的涵道风扇多自由度测试装置，其特征在于，

所述Z轴旋转关节包括Z轴、Z轴端盖、Z轴轴承、Z轴轴承外环以及下承力零件；其中，所述Z轴的顶端连接所述拉压力计，所述Z轴的外径表面与所述Z轴轴承的内径表面过盈配合，所述Z轴轴承的外径表面与Z轴轴承外环的内径表面过盈配合，在所述Z轴轴承外环的上端设置用于限位所述Z轴轴承的Z轴端盖；所述Z轴轴承外环的底端通过所述下承力零件连接所述连接组件。

6.根据权利要求1或5所述的涵道风扇多自由度测试装置，其特征在于，

在所述支架侧面设置有T型槽，在所述悬臂的前端开设有与用于容置所述支架的限位孔，所述支架与所述悬臂通过T形螺母相连接。

7.根据权利要求2或6所述的涵道风扇多自由度测试装置，其特征在于，在所述悬臂与所述支架之间设置有斜拉筋；

所述斜拉筋由2个导轨和连接2个导轨的斜拉筋固定块组成；所述2个导轨分别固定在所述支架和所述悬臂上，在所述导轨上设置有与所述斜拉筋固定块对应设置的固定槽。

8.根据权利要求7所述的涵道风扇多自由度测试装置，其特征在于，

所述连接组件包括短框架、水平框架以及连接所述短框架和所述水平框架的框架连接件；

所述短框架与所述待测涵道风扇的支耳螺接，所述框架连接件与所述水平框架螺接。

9.一种涵道风扇多自由度测试方法，利用上述权利要求1-8中任一项所述的涵道风扇多自由度测试装置实现涵道风扇的多自由度测试，所述方法包括：

将待测涵道风扇通过连接组件固定在Z轴旋转关节的下方，将连接有待测涵道风扇的Z轴旋转关节通过拉压力计连接X轴旋转关节，并组成旋转框架单元，将连接有待测涵道风扇的旋转框架单元通过悬吊关节套设在悬臂的Y轴旋转关节的Y轴上；将悬臂固设在支架上；

当测试不包含Y轴方向的涵道风扇的姿态时，摘除摩擦圈，将悬吊关节安装在所述悬臂的安装槽上；开启涵道风扇，所述涵道风扇带动所述Z轴旋转关节的Z轴轴承外环自转，以实现涵道风扇Z轴方向的自由度释放；连接有Z轴旋转关节的涵道风扇围绕X轴旋转关节的X轴旋转，以实现涵道风扇X轴方向的自由度释放，通过拉压力计测得所述涵道风扇的升力数据，通过涵道风扇的飞行控制系统获得涵道风扇的姿态角数据；

当测试包含Y轴方向的涵道风扇的姿态时，将悬吊关节限位在摩擦圈与Y轴止口之间；连接有旋转框架单元的涵道风扇通过悬吊关节围绕所述Y轴旋转，以实现涵道风扇Y轴方向的自由度释放，通过拉压力计测得所述涵道风扇的升力数据；通过涵道风扇的飞行控制系统获得涵道风扇的姿态角数据；

将所获得的的升力数据和姿态角数据传输至计算机进行数据分析，完成涵道风扇测试。

10.根据权利要求9所述的涵道风扇多自由度测试方法，其特征在于，

所述的Y轴旋转关节包括的沿Y轴方向设置的Y轴、Y轴隔圈一、Y轴轴承座一、Y轴轴承一、Y轴隔圈二、Y轴轴承座二和Y轴轴承二；

所述Y轴水平插置在所述悬臂末端，在所述Y轴的前端设置有与所述悬臂的螺孔对应设置的螺纹，所述Y轴的末端外露，且设置有Y轴止口；所述悬吊关节的顶端开设有通孔，所述Y轴穿过所述通孔与所述悬吊关节旋转连接；

所述Y轴隔圈一、2个Y轴轴承一、Y轴隔圈二和Y轴轴承二依次设置在所述Y轴上；所述Y轴与2个Y轴轴承一的内圈以及所述Y轴轴承二的内圈过盈配合，所述Y轴轴承一的外圈与所述Y轴轴承座一过盈配合；所述Y轴轴承二的外圈与所述Y轴轴承座二过盈配合；所述Y轴轴承座一和所述Y轴轴承座二与所述悬臂固定连接。

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